CC BY
25
КОМПЬЮТЕРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 658: 512.011: 681.326: 519.713 QUANTUM-DRIVEN АРХ1ТЕКТУРИ ДЛЯ ПАРАЛЕЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ЦИФРОВИХ СИСТЕМ
ЛЮБАРСЬКИЙМ.М., ХАХАНОВ В.1.,
ХАХАНОВ 1.В., ЧУМАЧЕНКО С.В._
Пропонуеться аналiз юнуючих публжацш в обласп створення моделей, методiв, алгоритмiв i архитектур квантового комп'ютинга для тестування i моделювання цифрових систем з метою створення теорп i практики квантового проектування цифрових систем. Став-ляться науково-практичш завдання дослiдження в рамках технологш синтезу тестiв i моделювання несправ-ностей для спецiалiзованих лопчних схем, включаючи Х-функцп.
1. Юберкультура квантового комп'ютингу
Юберкультура квантового memory-driven комп'ютинга штегруе технологи паралельного ршення часовитратних комбшаторних задач. Масштабна карта дослщжень, вщповщних кван-товш юберкультур^ нацшена на створення пара-лельних алгоршмв для SoC Design and Test. Даеться аналпичний огляд к1берф1зичних техно-логш, задекларованих в Gartner's Hype Cycle [1], а також деяю роз'яснення, пов'язаш з !х застосуван-ням в наущ, освт, транспорт^ промисловосп та державних структурах. Показуються окрем1 напрямки, як не ввшшли в цикл ринково приваб-ливих технологш, що стосуються юберсощаль-ного мошторингу та цифрового управлшня сус-пшьством [2, 3]. Пропонуеться розширити зна-чення технологш, пов'язаних з розумним цифро-вим свпом, зеленими мютами i 5G-телеко-мушкащями [4]. Даються рекомендаци до вико-ристання топ 10 компоненпв Gartner супер-циклу в б1знес1 i науково-освпшх процесах ушверси-тет1в. Формулюеться D-метрика вим1рювання вщстаней м1ж процесами i явищами в к1берф1зич-ному i сощальному простор1 у вигляд1 ушверсаль-но! формули для точного визначення дуги зворот-ного транзитивного замикання в трикутнику по двох вщомих вщстанях, що доповнюе дугу до конволюцшного циклу. Видаеться memory-driven
iнновацiйна аритектура квантового комп'ютинга, яка характеризуеться використанням елетромаг-нiтних фотонних транзакцiй запису-зчитування на структурi електронiв при вщсутност логiки, пов'язано! з суперпозицiею i змiшування станiв. Пропонуються паралельнi методи мiнiмiзацil бу-левих функцiй, дiагностування несправностей цифрових схем i ршення задачi покриття на ос-новi кубiтних структур даних. Вводиться клас лопчних X-функцш, технологiчних для тестування i дiагностування, визначаються кубпш мо-делi i методи для моделювання несправностей цифрових пристро!в i компонентiв. Описуеться архiтектура хмарних сервгав проектування, тестування i верифшацп цифрових пристро!в на ос-новi кубiтних моделей логiчних примiтивiв. 2. Quantum memory-driven computing for design
and test
Пропонуеться технолопчна культура quantum memory-driven computing, яка штегрально мае переваги структурно! однорщност i паралелiзму обробки великих даних за рахунок усунення тран-закцiй мiж пам'яттю i ALU-процесором, i виклю-чення квантових операцш суперпозици i змшу-вання. Пропонуеться memory-driven iнновацiйна архпектура квантового комп'ютинга, яка характеризуеться використанням елетромагштних фотонних транзакцш запису-зчитування на струк-турi електрошв при вiдсутностi логiки, пов'язано! з суперпозищею i змiшування станiв. Пропонуються паралельш методи мiнiмiзiцil булевих функцш, дiагностування несправностей цифрових схем i розв'язання задачi покриття на основi унiтарного кодування кубпних структур даних. Вводиться кубiтна форма лопчних X-функцш, технологiчних для тестування i дiагностування цифрових систем. Визначаються кубпш моделi i методи для моделювання несправностей цифро-вих пристро!в i компонентiв. Описуеться архток-тура хмарних сервюв проектування i моделювання цифрових пристро!в на основi кубiтних моделей логiчних i функцiональних елементiв. Gartner тенденци свпово! кiберкультури форму-ють технологiчну основу для створення глобального кiберфiзичного комп'ютинга в межах техно-лопчного укладу Internet of Things (рис. 1).
Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018
Small Wakspace Braln-Compuler Interlace — Aiitonarnnus Mobile Robots -Smart Robots-Deep Neural Network ASICs AlPaaS OuantLiri Crxnputmg-Volumetrc Displays Sell-Heallne System Technology-Conversational AI Hatforr Autonomous Dr ulng Levi 5
-Deep Neural Nets (Deep Learning) - Carbon Nanotube - loT Platform - virtual Assistants
Blockcliaii lor Oata Security Neuromorptilc Hantware
Innovation Trigger
Peak of Inflated
Expectations
Augmented Reality
Trough of Disillusionment
Slope of Enlightenment
Plateau will be reached In: О less than 2 years Q 2 to 5 /ears ф 5 to 10 years
Д more tban 10 years
Ae of July 201В
Plateau of Productivity
Рис. 1. Цикл компани Gartner для дiзрапторних технологш 2018
При цьому квантовий комп'ютинг розглядаеться як енергозберпаюче майбутне цифрового св^у, створюваного для пiдвищення якостi життя i збе-реження екологи планети [1, 5, 6]. Зокрема, квантовий паралельний комп'ютинг i куб^ш струк-тури даних дозволяють спростити алгоритми в областi SoC Design and Test i тдвищити швид-кодiю програмних продyктiв на класичних комп'ютерах.
Стратепчш тенденци в областi цифрових технологш привели у 2018 рощ до суттевих дiзрапцiй, що надасть новi можливостi розробникам корпоративно! архтектури i конструктивних шновацш з метою створення конкурентних переваг при ви-користаннi нових трендiв кiберкyльтyри (рис. 2):
1) Автономш фiзичнi та вiртyальнi iнтелектyальнi i координованi речi.
2) Розширена (доповнена юберпростором) соцiальна аналiтика прав i можливостей громадя-нина для вироблення актюаторних впливiв.
3) AI-кероване проектування, розширений (до-повнений - augmented) i автоматичний розробник.
4) Цифровi близнюки; цифровий образ оргашзаци або компани.
5) Спроможш, взаемодоповнюючi один одного Edge Computing and Cloud Computing. Роль 5G в комушкащях мiж кшцевими пристроями.
6) Досвщ занурення в цифрову дiйснiсть. Сприй-няття змiн в цифровому свт. Virtual and Augmented Reality тдвищують продyктивнiсть працi. Майбутне залежить вщ досвiдy сьогодення.
7) Використання Blockchain в соцiальнiй сферi [7,
8).
8) Smart Spaces. Розумш мюью простори, що ство-рюють шляхи. 1нтелектуальний простiр створюе карти, а не напрям [9].
9) Цифрова етика i конфiденцiйнiсть особистого життя.
10) Квантовi обчислення; квантова безпека; ро-звиток i становлення квантового комп'ютинга. За-стереження - слщ поважати QC, працювати з обе-режнiстю.
Порiвняння двох трендiв (2017 [6] i 2018 [1]) вщ компанii Гартнер дае можливiсть визначити новi технологii, а також ri, якi не витримали випробу-вання часом i зiйшли з дистанцп в резyльтатi гонки. 1стотною уявляеться перманентшсть тренда розвитку квантових технологш протягом останнiх 5 рокiв. З нею пов'язуються оптимiстичнi прогнози у розв'язанш проблем комбiнаторноi оптимiзацii при виршенш задач кiберзахистy i обробки великих даних.
1 Flying Autonomous Vehicles 1 Volumetric Displays 2 Brain-Computer Interface
1 Smart Dust 1 4D Printing 1 Artificial Genera Intelligence
10 years
2 Smart Robots 2 Autonomous Mobile Robots 3 Connected Home
1 Deep Reinforcement Learning 1 Neuromorphic Hardware 1 Knowledge Graphs
2 Smart Workspace 3 Augmented Reality 1 Quantum Computing
2 loT Platform 2 Carbon Nanotube 2 BioChips
1 Edge AI
1 Digital Twin
1 AI PaaS
2 Silicon Anode
Batteries
1 Autonomous Driving Level 5
1 Human Augmentation
3 Autonomous Driving Level 4
1 Biotech Cultured or Artificial Tissue
1 Self-Healing System Technology
1 Conversational AI Platform
3
Blockchain
3 Mixed Reality
5 years
5G
Deep Learning
DNN ASICs
2 Virtual Assistants
2 Social Computing
>
„ , „ , 1 - Innovation Trigger; 3 - Trough of Disillusionment;
Gartner s Cycle Phase:
2 - Peak of Inflated Expectations; 4 - Slope of Enlightenment. Рис. 2. 2018 Gartner's Table for Emerging Technologies
Сутшсть дослщження полягае в шновацшнш ему-ляци Quantum Computing i Memory Computing на Classical Computing для синтезу та аналiзу цифро-вих систем на кристалах. Мотиващя i ринкова привабливють дослщження включае таю пункти: 1) Згщно з журналом «Форбс», близько 20 мiльярдiв доларiв iнвестуеться в квантовий комп'ютинг, з яких половина витрачаеться на створення паралельних квантових алгоритмiв, !х емуляцiю i верифiкацiю на класичних комп'юте-рах. 2) Перенесення юнуючих додаткiв на квантовий комп'ютер, на думку експертiв, не збшьшить продуктивностi iснуючих послiдовних алго-ршмв, напрацьованих людством. Потрiбно ство-рювати паралельнi методи. 3) Практично вс про-грамiсти на планетi працюють в режимi створення послiдовних обчислювальних процесiв. Тому унiверситети сьогоднi повинш переучувати фахiвцiв методам квантового паралельного про-грамування на основi кубпних структур даних. 4) В даний час актуальною видаеться розробка паралельних програмних алгоритмiв, орiентованих на ринково доступш квантовi комп'ютери, яю вико-ристовують кубiтнi структури даних. 5) Продук-тивнiсть квантових memory-driven методiв проек-тування i тестування цифрових систем на криста-лах, iмплементованих в класичш комп'ютери, яв-ляе собою шноващю, яка пiдвищуе швидкiсть об-числень на основi використання додатково!
пам'ятi. 6) Реалiзацiя memory-driven Quantum Computing дозволить ютотно спростити парадигму комп'ютинга шляхом вiдмови вщ ALU, ма-шини фон Неймана, в сторону паралельно! обробки великих даних на обчислювальнш пам'ятi.
Мета дослщження - розробка квантового memory-driven computing для паралельного синтезу та аналiзу цифрових систем на кристалах, що використовують кубiтнi структури даних, на кла-сичних комп'ютерах.
Завдання дослщження: 1) Огляд юнуючих квантових архпектур i практичних реалiзацiй комп'ютинга. 2) Метричне порiвняння квантового та класичного комп'ютинга. 3) Розробка квантових memory-driven архпектур для емуляци паралельних алгоритмiв на класичних комп'ютерах. 4) Створення паралельних кубпних методiв аналiзу цифрових систем на кристалах. 5) Реалiзацiя ме-тодiв, алгоритмiв тестування i моделювання цифрових пристро!в.
3. State of the art. Квантовий комп'ютинг
1нновацшна пропозищя полягае у створеннi квантового memory-driven комп'ютинга [10-12] без квантових операцш суперпозици i змшування (АБО, HI) на основi використання характеристичного рiвняння M = Q [M (X)], яке задае двi тран-закци запису-зчитування на атомарнш структурi електронiв, що формуе обчислювальну пам'ять M,
Q, X. Виключити двi технологiчно складш опера-цii з квантового комп'ютинга - означае iстотно спростити аритектуру i привести ii до структури пам'ятi на електронах для виконання транзакцш мiж ними за допомогою квантiв або фотонiв. Пщ-твердженням спроможност запропонованоi шно-вацiйноi квантовоi архiтектyри можуть служити пyблiкацii, яю пiдкреслюють стiйкy тенденцiю до створення квантового комп'ютинга на атомарнiй стрyктyрi пам'ятi з передачею iнформацii за допомогою фотошв або кванпв.
Вченi з Калiфорнiйського технологiчного шсти-туту створили оптичну квантову пам'ять [13], в яких iнформацiя передаеться шляхом кодування даних з використанням квантового стану фотошв. Розмiрнiсть квантовоi пам'ятi в 1000 разiв менша, нiж традицiйнi класичнi рiшення. Вона реатзо-вана в нанопорожнинi, яка дозволяе збериати ш-формацiю в дуже невеликому обсязь Практична реалiзацiя iдеi замiни електронiв фотонами призводить до створення комп'ютинга з швидкодiею, близькою до швидкост свгтла [14]. Корейськi дослiдники зробили ще один крок до оптичних обчислень. Вони створили photon-triggered нанодротяний транзистор на основi кри-статчного i пористого кремнiю, де перемикання i посилення величини токового сигналу здiйснюеться пiд впливом фотона. Використання фотошв в лопчних вентилях AND, OR i NAND приведе до ультракомпактних нанопроцесорiв i нанорозмiрних фотоприймачiв для отримання зображень з високою роздшьною здатнiстю. Вченi з Колумбшського yнiверситетy провели yспiшнi дослщи зi створення транзистора з одного атома в молекулярнш електронiцi [15]. Вони ре-алiзyвали геометрично упорядкований кластер неоргашчних атомiв з центральним ядром, що складаеться з 14 атомiв, яке пов'язали з золотими електродами, що дозволило керувати транзистором шд впливом одного електрона при юмнатнш температурь
Вперше досягнута передача цифрових сигналiв мiж молекулами, що е ютотним досягненням на шляху розвитку молекулярного комп'ютинга [16]. Створення електронних компонент з окремих молекул е багатообiцяючою стратегiею для мша-тюризацii та iнтеграцii електронних пристро^'в. Проте практична реалiзацiя молекулярних при-стро'в i схем для передачi i обробки сигналiв при юмнатнш температyрi виявилася складним зав-данням, яке вирiшене шляхом розмщення молекул SnCl2Pc на поверхш мiдi (Cu). Площинна орiентацiя молекул в мiжмолекyлярнiй взаемодii служить ношем iнформацii. В пов'язаних молекулярних масивах сигнал передаеться вщ однiеi мо-лекули до iншоi за наперед заданими маршру-
тами, яю реалiзyють логiчнi операцii. Явища пло-щинно! орiентацii дозволяють використовувати молекули, яю мають внyтрiшнi бiстабiльнi стани, для створення складних молекулярних пристро'в i схем.
Вченi з 1нституту Нiльса Бора (NBI, Копенгаген) винайшли нове джерело св^ла, здатне ви-промiнювати поодиною фотони з безпрецедент-ною точнютю вимiрювання 98,4%. Використання ефективних однофотонних джерел орiентоване на квантовi мереж, криптографда та симулятори, якi представляють собою дiзрапторнi вирiшення соцiальних проблем в галyзi забезпечення без-пеки та створення сyперкомп'ютерiв. Однофо-тонш джерела в даний час поки не е комерцшно доступними, проте квантовi дослiдження забезпе-чуються великими швестищями в практично всiх провщних компанiях планети. Наприклад, лабо-раторiя Sparrow Quantum Technologies [17] (SQT), орiентована на розробку i комерцiалiзацiю фотон-них квантових технологiй, отримала 2 млн евро для виробництва i продажу нового SQT-чша. Вш складаеться з квантового джерела св™а, вбудова-ного в фотонний чш, виготовлений за напiвпровiдниковою нанотехнологiею. Наступ-ний крок в бiзнес-планi SQT - шновацшний проект: розробка набору ключових фотонних компонент, яю мають комерцiйнy застосовнiсть: Quantum Photonic Toolbox (QTOOL) як настроюваний шструментарш для дослщжень в обласп фотонних квантових обчислень, крипто-графп, мереж.
Компанiя IonQ завершила проект [18] з розробки квантових обчислень для комерцшних додатюв, вартiстю 20 мшьйошв доларiв, за участю нових стратепчних iнвесторiв, включаючи: New Enterprise Associates (NEA) i GV (рашше Google Ventures). Зусилля з використання квантовоi ме-ханiки для прискорення обчислень в останнi роки отримали величезний iмпyльс, викликаний значним науковим прогресом, зростаючими рин-ковими штересами та iстотними iнвестицiями з боку yрядiв, органiзацiй i технологiчних ком-панiй. Необхiднi iнновацiйнi розробки конкрет-них програм для практичних квантових комп'ю-терiв. «Мiсiя IonQ полягае в перетворенш квантових обчислень в надшний масштабований комп'ютинг» (David Moehring, CEO IonQ). Захо-плення юшв е ключовою вiдмiннiстю шдходу IonQ вiд iнших дослiджень в обласп квантових обчислень i створення платформи для реалiзацii комерцiйних додатюв. Технологiя захоплення iонiв, що використовуе лазери для охолодження i видшення окремих iонiв, е ринково перспективною, оскшьки спiйманi iони щентичш, стабiльнi, контрольованi, масштабованi i передбачуваш.
1нтерес представляють «дивш» квантовi частинки [19], що моделюються в краплi ультрахолодного газу, так зваш скiрмiони (skyrmion), вперше за-пропонованi у 1962 рощ фiзиком i математиком США Tony Skyrme. Завдяки точному контролю за допомогою електромагштних котушок, що оточу-ють скляну вакуумну камеру, заповнену надтеку-чим рублем, команда вчених з США i Фшлянди вперше створила 3D сюрмюни в полi спинiв, що локалiзованi у збудженому просторi, якi важко розiрвати. Вони сконцентроваш у виглядi кра-пельки, що мютить 200 000 переохолоджених атомiв рубiдiю на рiвнi абсолютного нуля. Вщкриття, опублiковане у Science Advances, дае уявлення про кульову блискавку, яка може прони-кати крiзь стши i раптово вибухати, подiбно ди-намiту. Проте кульовi блискавки, як i скiрмiони, можуть утримуватися разом електромагштним полем, i набувають дивовижну структурну нез-руйновнiсть. Даний факт можна використовувати для оргашзацп квантового комп'ютинга, завдяки стабшьносп i передбачуваност атомно! структури квантових частинок (протошв i нейтронiв) в умовах електромагштного утримання понадохо-лодженого газу рубщда.
Публiкацiя [20] спрямована на створення i використання сильного сшн-фотонного зв'язку в кремнiевому кристалi для розробки квантових схем на основi затворiв квантових точок нашвпровщника. Потенцiйно, магнiтний диполь або сшн одного електрона для використання як кубпа мае переваги в його часовш стiйкостi у порiвняннi з зарядово-фотонним зчепленням (charge-photon coupling). Автори створили нано-гiбрид шляхом об'еднання спiна електрона iз зарядом електрона у виглядi подвшно! кремшево! квантово! точки. Такий пiдхiд привiв до створення сильного зв'язку мiж поодиноким електрон-ним стном i одним мiкрохвильовим фотоном, що забезпечуе шлях до масштабованих квантових схем зi спiн-кубiтами. Тривалий час когерент-ностi (узгодженостi) одиночних спишв в кремнiевих квантових точках роблять щ системи привабливими для квантових обчислень. Однак питання про масштабування спiн-кубiтних систем залишаеться вiдкритим. Для можливого виршення дано! проблеми автори продемон-стрували сильний зв'язок мiж одним електронним спiном i одним мшрохвильовим фотоном. Елек-тронний сшн вловлюеться подвшною квантовою точкою кремшю, а мiкрохвильовий фотон зберiгаеться у високоомному (high-impedance) надпроводовому резонаторi на кристалл Компонент електричного поля фотонного резонатора безпосередньо пов'язаний з зарядом диполя елек-трона в подвшнш точцi i опосередковано пов'яза-ний з стном електрона через сильний локальний
градieнт магштного поля вщ сусiднього мшромаг-нетша. Отpимaнi результати забезпечують шлях до peaлiзaцii великих мереж квантових точково-спiнoвих (dot-based spin) кубпних peгiстpiв. Квантова акустика [21] може дати потужне при-скорення до створення ембрюнальних квантових кoмп'ютepiв. Тaкi машини функцioнують на ос-нoвi мaнiпуляцiй з квантовими бпами або кубiтaми, якi можуть бути встановлеш в нуль, одиницю i невизначений стан. Нaйбiльш просунул кубiти створюють схеми на oснoвi нaдпpoвiд-ного металу для запису або зчитування даних шляхом використання мшрохвильового резонатора (cavity quantum electrodynamics - CQED). Вш представлений смужкою металу в чiпi, де мшрох-вильoвi фотони резонансно активують кубпи. 1снуе мoжливiсть зaмiни мiкpoхвильoвoгo резонатора мехашчним, який коливаеться з квантовими коливаннями або фононами. Мшромшатюрний акустичний резонатор може функцioнувaти довше, нiж мiкpoхвильoвий, що дае можливють виробляти бiльш кoмпaктнi квaнтoвi вироби. Од-нак тут iснуе проблема управлшня квантовими вiбpaцiями, яка може бути виршена вченими в нaйближчi 3 роки.
Квантова культура сучасного ком'пютинга показана в публшаци Paul Teich, TIRIAS Research [22]. Тут представлеш aнaлoгii технолопчного нaпiвпpoвiдникoвoгo поля iнтeгpaльних схем 50-piчнoi' дaвнoстi, якi на бшьш високому piвнi, у ви-глядi поля квантових обчислень, повторюються у 2018 рощ.
1нтегральна схема на oснoвi кpeмнiю (IC) увiйшлa до фази «середньо'» iнтeгpaцii у 1968 рощ. За кшька poкiв IC пщнялася вiд десяти тpaнзистopiв на чт до сотень. Подальше зростання ступе ня ш-теграци oсвoiлo архпектурш piшeння для тисяч тpaнзистopiв у чт, пoтiм для кopистувaчiв стали доступними десятки тисяч, а сьогодш, через п'ят-десят poкiв, технолопя видае десятки мiльяpдiв тpaнзистopiв в одному кристалл Тeхнoлoгiя пере-магае фантазда.
Квантовий комп'ютинг - обчислювальний процес на oснoвi використання квантово' мехашки для упpaвлiння елементами пам'ят - субатомними ча-стинками, охолодженими до температури, близь-ко' до абсолютного нуля. Субатомш пpимiтиви пам'ят називаються «кубпами». Кубiти можуть бути виготовлеш за допомогою тeхнoлoгiй CMOS у виглядi стандартних IC. Але ланцюги з'еднання, упpaвлiння i мошторингу, нeoбхiднi для створення квантових архпектур з великою кiлькiстю кубтв у холодному робочому сepeдoвищi, вима-гають розробки нових тeхнoлoгiчних ршень. Квaнтoвi обчислення в даний час використовують двозначну лопку кубiтa. Рш 2017 вiдзнaчeний по-явою ушверсального чiпa з 20 фiзичними
кубками. У 2018 рощ очшуеться комп'ютер з 50+ унiверсальними кубiтами. Першi MacoBi i ринко-B00pieHT0BaHi KBarnoBi aрхiтектури матимуть ти-сячу лопчних кубiтiв, якi забезпечать вщмо-востшюсть на 0CH0Bi виявлення помилок в даних i !х корекцп. Даш лопчш влacтивocтi вимагають нaявнocтi на порядок бшьшого числа фiзичниx кубтв (10 000).
Евoлюцiя структур даних вщ деcяткiв до сотень фiзичниx кубiтiв може зайняти до 5 роюв. Для ре-aлiзaцil архтектур вiд сотень до тисяч кубтв по-трiбнo бiльше десяти роюв. Квантова перевага неoдмiннo настане, але хотшося б рaнiше, нiж через 20 роюв.
Компани IBM i Rigetti представили xмaрнi кван-тoвi (20- i 19-кубiтнi) комп'ютери загального при-значення для публiчнoгo i приватного доступу з повним набором шструменпв (devkit) з метою ро-зробки програмного забезпечення. Компашя NTT (Nippon Telegraph and Telephone) представила хмарну архтектуру, засновану на квантовш крaпцi i photonics-based архтектур^ а також працюючу на ii ocнoвi Quantum Neural Network для виршення ринкових задач. Комп'ютер спожи-вае всього 1 kW електроенерги в той час, як для роботи суперкомп'ютера неoбxiднo 10 000 kW. Microsoft i Google показали сво! програми R & D з квантових обчислень загального призначення, а також повнофункщональш devkits та симулятори, але поки не вщкрили для публiчнoгo доступу свое апаратне забезпечення. Компашя Intel також показала прототипи чтв без демонстрацп !х мож-ливостей. 1снуе багато шших лaбoрaтoрiй, таких, як IonQ, Quantum Circuits i RIKEN, що вкладають кошти в розробку квантово! апаратури без демонстрацп сво!х результaтiв. Тiльки двi компани вже продають користувачам cпецiaлiзoвaнi aпaрaтнi системи, яю можна назвати квантовими комп'ю-терами: aрxiтектуру квантового вiдпaлу (annealing) для виршення завдання пошуку глобального екстремуму в дискретному ^ocr^i D-Wave i квантовий iмiтaтoр Atos. D-Wave i NTT ре-aлiзують aрxiтектуру з 2048 фiзичниx кубiтiв, ви-користовуючи абсолютно рiзнi технологи для вирiшення деяких задач комбшаторно! оп-тимiзaцi!, молекулярно! динамши та глибокого навчання (deep learning training). Simulating Quantum Iron. Для моделювання квантових архтектур на ocнoвi деcяткiв фiзичниx кубтв пoтрiбнi пoтужнi «класичш» IC-driven комп'ютери. Таю симулятори працюють на один-два порядки пoвiльнiше, нiж ^arn^i комп'ютери. Проте дocлiдники мають нaмiр створювати реaльнi пoтужнi класичш системи для емуляци квантових архтектур i обчислень. Нещодавно (2017 рш) команда дocлiдникiв з двох ушверси-тетiв (Wuhan, Groningen) уcпiшнo змоделювала
46-кyбiтний yнiверсальний квантовий комп'ютер i побила 45-кyбiтний рекорд, встановлений Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory. П1зтше американська команда Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms i California Institute of Technology змоделювала квантовий комп'ютер, об'емом 51 куб^ для виршення конкретного рiвняння. Потiм команда University of Maryland i US National Institute of Standards and Technology опублшувала статтю про 53-кубгтний симулятор, який також призначений для виршення конкретного завдання. Хмара IBM здатна моделювати на класичному сyперкомп'ютерi квантову систему iз загальним обсягом 56 кубтв. Доступ користу-вачiв до 16-кyбiтноi обчислювальноi структури е вiдкритим в рамках ново! парадигми - програми Q Network. Новий Microsoft Quantum Development Kit шдтримуе моделювання бшьш 40 кyбiтiв у хмарi Azure. При цьому локальна комп'ютерна си-мyляцiя може масштабуватися до 30 кубтв на 16 ГБ пам'ять Симулятор Forrest вщ компани Rigetti може iмiтyвати архтоктуру до 36 кyбiтiв, в той час як квантовий майданчик Google може симу-лювати 22-куб^ний обчислювач. Компанiя IBM задекларувала 20-кyбiтний чiп наприкiнцi 2017 року, який став основою для IBM Q Network програми. Далi IBM стверджуе, що вона вже побудувала i внутршньо протестувала 50-куб^ний чiп. Учасники мережi IBM Q Network сьогодш мають доступ до 20-куб^них систем, а завтра отримають раннш доступ до 50-кyбiтного чiпy. Компанiя Intel випустила тестовий чш на 17 кyбiтiв для партнера QuTech i показала 49-кубгт-ний чш в 2018 роцi на виставщ Consumer Electronics Show (CES). Компашя Rigetti оголо-сила про хмарну доступшсть для користyвачiв 19 кубтв в архiтектyрi з 20 кубками, де один з них мае дефект. Корпоращя Google протестувала чши з шiстьма, дев'ятьма i 20 кyбiтами i працюе над ар-хiтектyрою з 49 кубтв. Компашя Atos шфор-мувала, що ii 40-куб^ний симулятор, заснований на процесорах Intel Xeon, в даний час додатково використовуе спецiалiзованi апаратш приско-рювачi. IBM також використовуе сво! Power Systems для iмiтацii квантових комп'ютерiв пiд час розробки.
Для створення програмного забезпечення вже е розвиненi devkits з метою залучення дослiдникiв до квантових архтктур, орiентованих на ефек-тивне вирiшення специфiчних комбiнаторних задач. IBM вщкрила для загального користування QASM (Quantum ASseMbler), який е ключовим компонентом QISKit IBM (Quantum Information Software Kit) [23]. Засiб XACC (EXCEL ACCELERER) взаемодiе з симулятором i прототипом квантового комп'ютера Rigetti, а також з обчислювальними системами D-Wave. QuTiP
(Quantum Toolbox in Python) [24] являе собою си-мулятор квантових обчислень з вщкритим вихщним кодом, який використовуеться в шмейсга квантових комп'ютерiв (Alibaba, Amazon, Google, Honeywell, IBM, Intel, Microsoft, Northrup Grumman, Rigetti i RIKEN). QuTiP вико-ристовуеться для моделювання апаратних ар-хпектур на стадi! розробки. Google ствпрацюе з Rigetti на базi вщкритого вихiдного коду OpenFermion для комшляцн з метою аналiзу проблем квантово! хiмi!. Microsoft представила кори-стувачам мову квантового комп'ютинга Q # (Q-sharp).
Квантовi комп'ютери використовують фiзичнi явища, що вiдбуваються в надзвичайно малих масштабах. Ринкова привабливють субатомно! технологi!' полягае в перевагах продуктивносп i енергозбереження у порiвняннi з класичними об-числювачами на базi напiвпровiдникiв. США щорiчно витрачае близько 200 мшьйошв доларiв на дослщження i розробку квантових комп'ю-терiв, позицiонуючи !х як шфраструктуру для ново! промислово! революцн. Японiя видiлила близько 267 мшьйошв доларiв для квантових обчислень протягом десятатття, починаючи з 2018 року [25]. Китай оголосив про створення Нацю-нально! лабораторi! квантових шформацшних наук вартiстю 10 мiльярдiв доларiв, яку пла-нуеться вщкрити у 2020 роцi. Компанi! Alibaba, Baidu i Tencent iнвестували сво! фiнансовi можли-востi до 2017 року в AI i Deep Learning, тому слщ очiкувати !х iнвестицiйний iнтерес до квантових обчислень.
Компашя Microsoft почала працювати над кванто-вим комп'ютингом майже два десятилотя тому, в 2000 роцi. На заходi Ignite Microsoft оголосила про програму квантових обчислень на майора-ном-фермюшв (Majorana Fermions, 2012 рiк), де масштабування логiчно! кiлькостi кубiтiв е на 1-2 порядки бшьш економiчним i 10 фiзичних кубiтiв доводиться на один лопчний. Microsoft фокусуе свою актившсть на квантовому моделюванш ново! мови Q #, штегровано! у сере-довище розробки Visual Studio (IDE) i в шстру-менти моделювання квантових комп'ютерiв, включаючи симулятор трасування для аналiзу ви-користання апаратних ресурсiв. Microsoft також анонсувала квантову оптимiзацiю Brainwave на базi FPGA-прискорювача для AI-рiшень, що сто-суються квантовiзацii глибоко! нейронно! мережi (DNN) для полiпшення точност i швидкостi нав-чання. 1нтегращя квантових обчислень з Visual Studio може залучити нове поколiння академiчних дослiдникiв у бiк вiд IDE з вщкритим вихiдним кодом, як Nvidia змогла зробити з програмуван-ням GPU через прикладний програмний iнтер-фейс CUDA (API).
IBM вже запустила свш QISKit API i devkit для розробниюв, щоб надати !м доступ до хмарних технологш Quantum Experience i локальних симу-ляторiв. На додаток до цього IBM запустила проект з розвитку екосистеми Q Network. Учасни-ками проекту е регюнальш центри освпи, дослщження, розробки i комерцiалiзацi!: Keio University, University of Melbourne, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), University of Oxford, IBM Research, Daimler, JPMorgan Chase & Co, JSR, Samsung, Barclays, Honda, Materials Magic (Hitachi Metals Group) and Nagase.
Цшьовими користувачами в Q-мережi IBM е асшранти, академiчнi вчеш та комерцiйнi до-слiдники. Квантовi обчислення все ще знахо-дяться на експериментальнiй стадн створення iн-фраструктури для програмування квантових комп'ютерiв з метою виршення практичних задач. Q-мережа використовуеться сьогоднi у 1500 ушверситетах, 300 приватних навчальних закладах i 300 вишах у межах !х навчальних програм з iнженерi!.
Попереду довгий шлях для комерцiалiзацi! квантових обчислень. У 2018 рощ ринок очшуе си-стеми з 50 або бшьше ушверсальними кубiтами, а також спецiалiзованi структури з 2000+ фiзич-ними кубпами, що показують квантову перевагу у вузьких проблемних областях (International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing - QCMC). Структура сучасного квантового комп'ютинга може бути представлена у виглядi пам'яп - хмар (множини) електрошв, опромшюваних фотонами для формування двох примпивних станiв (0,1), iдентифiкованих орбiтою або сшном частинки, i одного похщного вiд них X={0,1}. При цьому хмари взаемоддать мiж собою, використовуючи лопчш (теоретико-множиннi) операцi!. 1нша тех-нологiя використовуе управлiння обертанням електрона у магштному полi. Спiн електрона визначаеться як незалежнi вiд руху частинки у просторi, момент iмпульсу, який мае два напрямки (рис. 3) [26]:
Рис. 3. Лопчш стани сшшв електрона у магштному roni
обертання частинки проти годинниково! стрiлки, яке формуе iмпульс, що збшаеться з магнiтним полем мат^алу (spin-up), що розглядаеться у квантовому комп'ютингу як лопчна 1, i друге - обертання електрона за годинниковою стршкою, яке
формуе iмпyльс, який протидiе вектору намаг-нiченостi (spin-down), що формуе лопчний 0. Якщо помiстити тонку пластину немагштного ма-терiалy мiж двома магштами, то струм, що протшае, створюе поле, яке здатне орiентyвати спiни електронiв середньоi пластини з арсешду галiю в одному з двох напрямюв, якi використо-вуються для зберпання 0 i 1 (Stuart Parkin). Фор-муеться нова галузь квантовоi електронiки -сшнтошка, яка, на вiдмiнy вiд перемщення за-рядiв в електричному пол^ заснована на викори-станнi сшшв електронiв, iнварiантних до посту-пального руху частинок у просторi. Основна перевага сшнтрошки пов'язана з незмшювашстю кiнетичноi енергii частинки, що е причиною вщ-сyтностi тепловидшення при змiнi спiна, на яке практично не потрiбно витрат енерги. Майбутне комп'ютинга полягае у використанш сонячного свiтла в деннiй фазi доби, достатнього для пiдтримки працездатность Недолiком слiд вва-жати малий перiод стiйкостi спiна, рiвний 100 ткосекундам, чого поки недостатньо для фшсацл стану у квантовому компьютингу. Однак вчеш з IBM лаборатори вже розробили метод син-хрошзаци електронiв, збiльшивши час стiйкого юнування спiна у 30 разiв - до 1 наносекунди, що порiвнянно з частотою мшропроцесора, яка дорiв-нюе 1 GHz. 1нший недолш пов'язаний з низькою температурою (мшус 233), при якiй спiни елек-тронiв мiнiмально взаемодiють з навколишшм се-редовищем. Спiнтронiка дае можливють управ-ляти рухом елементарних магнтв у напiвпровiдникових пристроях i вщкривае новi можливостi для створення малогабаритноi i енергозберiгаючоi електронiки для зберпання великих масивiв даних у малому обсязi i паралель-них квантових обчислень.
Архтектура сучасного квантового комп'ютера використовуе сшн або орбiтy електрона для зберпання лопчних станiв, перемикання яких управляеться електромагнiтними полями або фотонами у середовищ^ близькому до абсолютного нуля. Така архтоктура мае два результати для проектування обчислювальних алгоршмв: 1) Ре-алiзацiя квантовоi лопки на основi операцiй су-перпозици i змiшyвання для синтезу паралельних обчислювачiв. 2) Використання операцiй транзак-цii (read-write), вiльних вiд квантовоi логiки, для програмування паралельних алгоршмв. Суперкомп'ютер «Сами», побудований IBM в 2018 рощ, займае площу, рiвнy двом тенюним кортам, i споживае 4 000 галошв води за хвилину для охолодження 37 000 процесорiв. «Сами» може забезпечити максимальну продyктивнiсть 200 квадрильйонiв обчислень за секунду (200 i 15 нyлiв) або 200 петафлоп. Це приблизно в мiльйон
разiв швидше, шж ноутбук, i майже в два рази пе-ревищуе максимальну продуктивнють самого популярного в Китаi Sunway TaihuLight. Суперкомп'ютер мютить 28 000 графiчних процесорiв виробництва Nvidia i бiльш, нiж 9000 процесорiв вiд IBM. 1нтенсивне використання графiчних чiпiв, незвичайне для суперкомп'ютера, дозволяе забезпечити прориви в розгортанш машинного навчання з крутих наукових проблем, - каже Томас Захарiя, директор Oak Ridge National Lab. «Ми побудували найпотужшший i найрозум-нiший в свт суперкомп'ютер» [27]. Що стосуеться енергоспоживання, то майбутне комп'ютинга полягае у використанш сонячного св^ла в деннш фазi доби, достатнього для тдтримки працездатностi. Аргументом на ко-ристь цiеi тези може слугувати публшащя Euisik Yoon, Sung-Yun Park в жyрналi IEEE Spectrum 2018Apr "Self-Powered Image Sensor Could Watch You Forever" [28].
Основна щея полягае в тому, що сонячш елементи (solar cells) i датчики зображення (image sensors) перетворюють св^ло в електрику. Якщо обидва компонента розмютити в одному чт, то можна отримати автономну камеру (self-powered camera), що працюе тiльки вщ денного свiтла, яка здатна захопити 15 зображень в секунду. Мшро-система для вiдеозйомки i збору енерги, штегро-вана з мшромшатюрним процесором i бездрото-вим приймачем, дае можливють помщати ма-леньку, майже невидиму, камеру в будь-якому мющ.
Iнтегрованi кремнiево-оптичнi чiпи можуть усу-нути проблеми, пов'язанi з низькою швидкодiею металевих з'еднань мiж схемними компонентами. Optical CMOS process could break communications bottleneck.
Мшош Попович [29], професор електротехшки та обчислювальноi техшки в Бостонському yнiвер-ситетi разом з колегами з Массачусетського тех-нолопчного iнститyтy, Калiфорнiйського yнiвер-ситету Бер^ опyблiкyвали в Nature новий спошб передачi оптичних сигналiв на звичайних мшро-схемах. Метод дозволяе прискорити на порядок зв'язок мiж мшропроцесорами, iстотно зменшу-ючи тепловщдачу i збiльшyючи обчислювальну продyктивнiсть ноутбуюв i смартфонiв. Техно-логiчна щея полягае у додаваннi матерiалy - тонкого шару дiелектричного полшристатчного кремнiю поверх iснyючих компонентiв кристала, виконаного за об'емною комплементарною техно-лопею. Щоб зробити матерiал бшьш вiдповiдним для фотонiки, дослiдники модифшували кри-сталiчнy структуру для запобпання витоку свiтла з 1'х полшристашчного кремнiю на пiдкладкy. От-римаш кристали володiють yсiма необхiдними
фотонними компонентами: хвилеводами, мшро-резонаторами, вертикальними гратчастими спо-луками, високошвидкюними модуляторами, ла-винними фотоприймачами i транзисторами, вико-наними поки ще за технолопею 65 нм. Джерело лазерного випромiнювання знаходиться поза чшом. Фотодетектори поглинають фотони. Моти-ващя дослiдження полягае в тому, що виробники комп'ютерiв все частiше використовують чши i графiчнi процесори для створення шор i штучного штелекту, якi можуть мiстити сотнi ядер. При цьому мщш дроти, що сполучають ядра, е основ-ним вузьким мюцем, стримуючим високу швид-кодiю, якi до того ж виробляють велику кiлькiсть тепла, що вимагае вщводу у зовнiшне середо-вище. Металевий провiдник може переносити даш вiд 10 до 100 пгабгт за секунду, а оптичне волокно - 10 до 20 терабп за секунду. Слщ також мати на увазi, що на мшровщстанях мiж мшро-процесорами тепловi оптичнi втрати практично дорiвнюють нулю, тому опто-кремнiева система вимагае менших витрат енерги, нiж мщно-кремнiева. Новий метод може привести до створення чтв з тдвищеною обчислювальною поту-жнiстю для апаратно! реалiзацi! методiв штучного штелекту при розшзнаванш образiв у iPhone i в недорогих датчиках LIDAR для driver-free авто-мобiлiв.
Пропонуеться однофотонний вентиль, як варiант створення твердотшьного оптичного транзистора, де пропускання свпла може управлятися одним фотоном, який дiе як затвор або перемикач [30]. Використовуеться твердотшьна система, що мютить квантову точку, вбудовану в резонатор фотонного кристала, що дае можливють управ-ляти свiтловим потоком в порожниш резонатора за допомогою одного фотона. Останнш використовуеться для управлшня електронними рiвнями енерги в квантовш точцi, що змшюе !! оптичнi властивостi. Коли вентиль вщкриваеться, в се-редньому через порожнину резонатора може про-ходити близько 28 фотошв, що демонструе одно-фотонне перемикання i посилення свiтлового потоку для оптичного транзистора. Однофотоннi перемикачi та транзистори генеру-ють сильнi фотон-фотон штеракци, якi необхiднi для створення квантових схем i мереж. Однак для детермiнованого управлшня оптичним сигналом за допомогою одного фотона необхщно взаемодiяти з квантовою пам'яттю, що важко до-сягти на твердотшьнш платформi. Проте автори демонструють однофотонний перемикач i транзистор, що взаемоддать з твердотшьною квантовою пам'яттю. Пристрiй складаеться з нашвпровщни-кового спiн-кубiта, сильно пов'язаного з нанофо-тонною порожниною. Сшновий кубiт дозволяе одному 63-пiкосекундному вентильному фотону
переключити множину сигналiв, що мютить в се-редньому 27,7 фотошв, до того, як внутршнш стан пристрою буде змшено. Результати показу-ють, що напiвпровiдниковi нанофотонш пристро! можуть створювати керованi фотон-фотон ш-теракцiï, як фiзичноï основи фотонного квантового комп'ютинга для обробки шформацп з висо-кою пропускною здатнiстю.
«У цифровому свт екзабайти даних генеруються компанiями з виробництва, енергетики, телеко-мунiкацiй. Обсяг даних за останш 8 роюв вирiс у 15 разiв, а обчислювальна потужнiсть центрiв обробки даних збшьшилася всього у 4 рази. Згщно з прогнозами IBM, кшькють пристроïв, пiдключених до 1нтернету, збшьшиться у 7 разiв за 3 роки i досягне 50 млрд. у 2020 рощ [31, 32]. Ця реальнють збшьшить розрив мiж обчислю-вальними потужностями центрiв обробки даних i згенерованими даними. Для виршення проблем збертання i аналiзу даних IIoT компанiï реплiку-ють сервери баз даних, що призводить до склад-roï iнфраструктури, збiльшення витрат, простору i енергоспоживання. Середня европейська ком-пашя, яка виробляе продукцiю, з рiчним доходом 50 млн евро витратить 158 тис. евро на створення дата-центрiв i 85 тис. евро на рш для ix пiдтримки. Фiрма Grovf пропонуе iнший архиектурний пiдxiд для вирiшення проблеми, де використовуеться FPGA структура як процесор. GData зро-стае швидше, нiж будь-коли ранiше, i до 2020 року близько 1,7 мегабайт ново].' шформацп буде створюватися кожну секунду для кожноï людини на планета Вiдповiдно до нового звпу IBM Marketing Cloud «10 ключових тенденцiй в маркетингу на 2017 рш», 90% даних у свт сьогодш створено за останш два роки. Сервер баз даних Alorovf використовуе FPGAAcceler для обробки даних NoSQL, що надходять вщ датчикiв IIoT. Прототип вже досяг 10-кратного прискорення транзакцш i 31-кратноï економ^ енерг^ у порiвняннi з найсучасшшими iснуючими апарат-ними ршеннями. Основними цiлями запропоно-ваноï архиектури е: 1) Впровадження новоï, дiзрапторноï технолог^ для управлiння даними в iндустрiï IIoT. 2) Рiзке зниження енергоспоживання дата-центрiв. 3) Забезпечення швидкоï, не-дорогоï i надiйноï локально-xмарноï технолог^ для iндустрiï IIoT. 4) Оптимiзацiя поточноï загрузки юнуючих центрiв обробки даних. 5) Допо-мога середнiм виробникам-компанiям в енерге-тицi, логiстицi та телекомушкащях у скороченнi витрат на 1Т-шфраструктуру при створеннi кон-курентоспроможних пщприемств. 4. Висновки
Аналiтичний огляд публшацш в областi тесту-вання i верифшацп спецiалiзованиx логiчниx схем шляхом розробки паралельних квантових методiв
анашзу i синтезу кубпних структур даних цифро-вих систем дае тдстави зробити такi висновки: 1) Тенденщя квантового комп'ютинга шдтриму-еться в актуальному сташ протягом останнiх п'яти роюв, про що свiдчить Gartner Hype Cycle 2018. 2) Практично вс провщш компанii IT-галyзi вклада-ють ресурси в розробку ринково затребуваного квантового комп'ютера на основi використання субатомних структур даних i лопчних вiдносин мiж ними. 3) Як мшмум, 30 вiдсоткiв кош^в при-падае на розробку паралельних алгоршмв, орiен-тованих на iмплементацiю в квантовi обчислю-вачi, яю з'являться у найближчi 5 роюв. 4) Особ-ливий ринковий штерес викликають алгоритми паралельного вирiшення завдань комбшаторики за напрямами: Design and Test, Cyber Security, Bioengineering, Ecology, Transportation. 5) Ринок та-кож щкавиться iмплементацiею паралельних квантових алгоршмв на кyбiтних структурах даних, емульованих в класичнi комп'ютери, яю ма-ють бiльш високу швидкодда за рахунок використання шдлишково! пам'ятi. 6) Актуальними та-кож залишаються дослiдження в област memoru-driven комп'ютинга, без використання окремого процесора з шиною обмшу даними, яка iстотно зменшуе швидкодда. Виходячи з представленого вище, далi формуються мета i завдання до-слiдження, спрямованi на вирiшення науково-практичного завдання синтезу i моделювання квантових паралельних алгоршмв технiчноi дiагностики на класичних комп'ютерах. Мета дослщження - зменшення часу верифiкацii цифрових систем на кристалах шляхом викори-стання memory-driven архпектур i кyбiтних структур даних для компактного опису лопчних Х-функцш та ютотного пiдвищення продуктив-ностi методiв тестування i дедуктивного моделю-вання несправностей за рахунок паралельного комп'ютинга алгоршмв. Завдання дослщження:
1) Розробити memory-driven архтоктури та алгоритми для паралельного виконання лопчних опе-рацiй над кубпними структурами даних при ре-алiзацii методiв тестування та верифiкацii цифро-вих систем на кристалах.
2) Удосконалити квантовi методи генерацп тестiв i дедуктивного моделювання несправностей лопчних функцш шляхом синтезу матриць буле-вих похiдних за !х кyбiтним покриттям.
3) Розробити структурну модель метричних вла-стивостей X-фyнкцiй, орiентованy на виконання паралельних операцiй, з метою отримання лiнiйного часу генерацп тесив i моделювання цифрових систем.
4) Розробити анаттичну модель для отримання кубпних покриттiв X-фyнкцiй вщ кiнцевого числа змiнних з метою створення лопчних схем,
яю не потребують експоненцшних витрат на синтез i аналiз тестiв.
5) Розробити паралельний метод генерацii тес^в для несправностей X-фyнкцiй вiд кшцевого числа змiнних на основi взяття похiдних за кyбiтним покриттям, яю формують тести мiнiмальноi дов-жини.
6) Розробити паралельний метод синтезу дедук-тивних кубпних покриттiв для моделювання Х-фyнкцiй на основi отримання одинично! матрицi похiдних з метою створення секвенсора моделювання дефектов.
Виконання дослщжень i проведення експери-ментiв грунтуеться на використанш метрики параметр! в. ¡нтсгровансн в функщю мети:
L = шш(2 Ti xPi1 + 2 Mj X Р^ + 2 C,xPf), 1 i=l i=l i=l
T = iTmod' Ttpg > Ttver > Tsim)u = 4; M = (Mn^Mipg, Mtver> Msm> С = ^mod'^tpg'^h'er'^sim)-
Формула показуе зменшення часу T проектування цифрових систем на кристалах i забезпечення яко-стi (обчислювальноi складностi) алгоритмiв C за рахунок використання надлишковоi пам'ятi M для зберпання кyбiтних структур даних, як орiенто-ванi на паралельне виконання лопчних операцш при синтезi i аналiзi логiчних схем, пов'язаних з тестуванням i верифiкацiею. Представленi вартосш характеристики P чотирьох основних процесiв, пов'язаних з modeling (mod), test pattern generation (tpg), test verification (tver), test simulation (sim). Лггература:
1. 5 Trends Emerge in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018. URL: https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018/ (Дата звернення: 30.10.2018).
2. Kharchenko V. Green IT Engineering: Concepts, Models, Complex Systems Architectures: In the book series "Studies in Systems, Decision and Control" (SSDC) / V. Kharchenko, Y. Kondratenko, J. Kacprzyk (Eds.). Vol. 1. Berlin, Heidelberg: Springer International Publishing, 2017.
3. Kharchenko V. Green IT Engineering: Components, Networks and Systems Implementation: In the book series "Studies in Systems, Decision and Control" (SSDC) / V. Kharchenko, Y. Kondratenko, J. Kacprzyk (Eds.). Vol. 2. Berlin, Heidelberg: Springer International Publishing, 2017.
4. Gupta A. A Survey of 5G Network: Architecture and Emerging Technologies / A. Gupta, R. K. Jha. In IEEE Access. 2015. Vol. 3. P. 1206-1232.
5. Top 10 Strategic Technology Trends for 2019. URL: https://www.gartner.com/doc/38915697src Id=1-7251599992&cm_sp= swg-_-gi-_-dynamic (Дата звернення: 30.10.2018).
6. Gartner Identifies Three Megatrends That Will Drive Digital Business Into the Next Decade. URL: http://www.gartner.com/newsroom/id/3784363 (Дата зве-рнення: 30.10.2018).
7. Christidis K. Blockchains and Smart Contracts for the Internet of Things / K. Christidis, M. Devetsikiotis. In IEEE Access. 2016. Vol. 4. P. 2292-2303.
8. Blockchains: How They Work and Why They'll Change the World IEEE Spectrum. October 2017. URL: https://spectrum.ieee.org/computing/networks/ block-chains-how-they-work-and-why-theyll-change-the-world (Дата звернення: 30.10.2018).
9. Zanella A. A. Internet of Things for Smart Cities / A. A. Zanella, N. Bui, A. Castellani, L. Vangelista, M. Zorzi. In IEEE IoT Journal. Feb. 2014. Vol. 1, no. 1. P. 22-32.
10. Hahanov V. Cyber Physical Computing for IoT-driven Services. New York: Springer, 2018.
11. Hahanov V.I. Qubit technology for analysis and diagnosis of digital devices / V.I. Hahanov, T. Bani Amer, S.V. Chumachenko, E.I. Litvinova. In Electronic modeling. 2015. No 37 (3). P. 17-40.
12. Hahanov V. Quantum memory-driven computing for test synthesis / V. Hahanov, W. Gharibi, E. Litvinova, M. Liubarskyi, A. Hahanova. In IEEE East-West Design and Test Symposium. Novi Sad, Serbia. 2017. P. 123-128.
13. Zhong T. Nanophotonic rare-earth quantum memory with optically controlled retrieval / T. Zhong, J. M. Kin-dem, J. G. Bartholomew et al. In Science. 29 Sep 2017. Vol. 357, iss. 6358. P. 1392-1395.
14. Kim J. Photon-triggered nanowire transistors / J. Kim, H.-Ch. Lee, K.-H. Kim et al. In Nature Nanotechnology. 2017. No 12. P. 963-968.
15. Lovat G. Room-temperature current blockade in atom-ically defined single-cluster junctions / G. Lovat, B. Choi, D. W. Paley et al. In Nature Nanotechnology. Nov12(11). 2017. P. 1050-1054.
16. Li Ch. Conformation-based signal transfer and processing at the single-molecule level / Ch. Li, Zh. Wang, Y. Lu, X. Liu, L. Wang. In Nature Nanotechnology. 2017. Vol. 12. P. 1071-1076.
17. Quantum photonic researchers start new company, Sparrow Quantum. URL: http://www.nbi.ku.dk/english/news/news16/quantum-photonic-researchers-start-new-company-sparrow-quantum/ (Дата звернення: 30.10.2018).
18. Ion Q Raises $20M Series B Round Led By NEA, GV To Advance Quantum Computing For Commercial Applications. URL: https://www.prnewswire.com/news-releases/ionq-raises-20m-series-b-round-led-by-nea-gv-to-advance-quantum-computing-for-commercial-applications-300494456.html (Дата звернення: 30.10.2018).
19. Hyman R. Weird quantum particles simulated in droplet of ultracold gas. URL: http://www.sciencemag.org/news/2018/03/weird-quantum-particles-simulated-droplet-ultracold-gas?utm_campaign=news_daily_2018-03-06&et_rid=69734703&et_cid=1891545 (Дата звернення: 30.10.2018).
20. Samkharadze N. Strong spin-photon coupling in silicon / N. Samkharadze, G. Zheng et al. In Science. 2018. Vol. 359, iss. 6380. P. 1123-1127.
21. Cho A. Vibrations used to talk to quantum circuits. In Science. 2018. Vol. 359, iss. 6381. P. 1202-1203.
22. P. Teich. Quantum Computing Enters 2018 Like it is 1968. URL: https://www.nextplatform.com/2018/01/10/quantum-computing-enters-2018-like-1968/ (Дата звернення: 30.10.2018).
23. QISKit for quantum computation. 2018. URL: https://www.ibm.com/blogs/research/2018/02/qiskit-in-dex/ (Дата звернення: 30.10.2018).
24. QuTiP. Quantum Toolbox in Python. URL: http://qutip.org (Дата звернення: 30.10.2018).
25. Japan enters quantum computing race -- and offers free test drive. URL: https://asia.nikkei.com/Tech-Science/Tech/Japan-enters-quantum-computing-race-and-offers-free-test-drive (Дата звернення: 30.10.2018).
26. The Application of Spintronics. URL: http://www-03.ibm.com/ibm/history/ibm100/us/en/icons/spintronics/ (Дата звернення: 30.10.2018).
27. IBM's world-class Summit supercomputer gooses speed with AI abilities. 2018. URL: https://www.cnet.com/news/ibms-world-class-summit-supercomputer-gooses-speed-with-ai-abilities/ (Дата звернення: 30.10.2018).
28. Moore S. K. Self-Powered Image Sensor Could Watch You Forever. URL: https://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/optoelectronics/selfpowered-image-sensor-could-watch-you-forever?utm_source=sen-sors&utm_campaign= sensors-04-17-18&utm_me-dium=email (Дата звернення: 30.10.2018).
29. Supercharging Chips by Integrating Optical Circuits. URL: https ://spectrum. ieee.org/tech-talk/semiconduc-tors/optoelectronics/optics-on-chips-could-speed-up-com-puting?utm_source=computingtechnology&utm_cam-paign= computingtechnology-05-01-18&utm_me-dium=email (Дата звернення: 30.10.2018).
30. Sun S. A single-photon switch and transistor enabled by a solid-state quantum memory / S. Sun, H. Kim, Z. Luo, G. S. Solomon, E. Waks. In Science. 06 Jul 2018. Vol. 361, issue 6397. P. 57-60. URL: https://www.mram-info.com/stt-mram (Дата звернення: 30.10.2018).
31. 10 Key Marketing Trends for 2017. URL: https://www-01.ibm.com/common/ssi/cgi-bin/ssialias?htmlfid= WRL12345USEN (Дата звернення: 30.10.2018).
32. Zhu C. Green Internet of Things for Smart World / C. Zhu, V. C. M. Leung, L. Shu, E. C. H. Ngai. In IEEE Access. 2015. Vol. 3. P. 2151-2162.
Надшшла до редколегп 17.12.2018 Рецензент: д-р техн. наук, проф. Мелшян В.
Любарський Михайло Михайлович, здобувач ка-федри АПОТ ХНУРЕ. Науковi штереси: проектування i тестування цифрових систем. Хобг подорожг Адреса: Украша, 61166, Харшв, пр. Науки, 14. Хаханов Володимир 1ванович, д-р техн. наук, про-фесор, головний науковий сшвробггник кафедри АПОТ ХНУРЕ. Науковi штереси: проектування i тестування цифрових систем. Хобг футбол, прсьш лижт Адреса: Украша, 61166, Харшв, пр. Науки, 14, e-mail: hahanov@icloud.com.
Хаханов 1ван Володимирович, MaricTpaHT кафедри АПОТ ХНУРЕ. HayKOBi iнтереси: техшчга дiaгностикa цифрових систем, nporpaMyBaHHH. Xo6i: ripcbKi лижi, aнглiйськa MOBa. AApeca: Укрш'га, 61166, XapKiB, пр. HayKM, 14, тел. + 3805770-21-326, e-mail: ivanha-hanov@icloud.com.
Чумаченко Свiтлана Вiкторiвна, д-р техн. гаук, про-фесор, 3abiAyBa4 кaфедри АПОТ ХНУРЕ. HayKOBi ште-реси: мaтемaтичне моделювaння обчислювaльних про-цесiв, теория рядiв, методи дискретно! оптимiзaцii, ш-новaцiйнi форми HaB4aHM. Адресa: y^ama, 61166, Хaркiв, пр. Hayra, 14, тел. +380577021326, e-mail: svet-lana. chumachenko@nure .ua
Lyubarsky Mikhail Mikhailovich, PhD student, Design Automation Department, NURE. Scientific interests: project-bathing and testing digital systems. Scientific interests: design and testing of digital systems. Hobbies: traveling. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, Nauki Ave, 14.
Hahanov Vladimir Ivanovich, Dr., Prof., Chief Scientific Researcher, Design Automation Department, NURE. Scientific interests: design and testing of digital systems. Hobby: football, downhill skiing. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, Nauki Ave, 14, e-mail: ha-hanov@icloud.com.
Hahanov Ivan Vladimirovich, student, Design Automation Department, NURE. Scientific interests: technical diagnostics of digital systems, programming. Hobby: mountain skiing, English. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, Nauki Ave., 14, ph. + 3805770-21-326, e-mail: ivanha-hanov@icloud.com.
Chumachenko Svetlana Victorovna, Dr., Prof., Head of Design Automation Department, NURE. Scientific interests: mathematical modeling of computational processes, theory of series, methods of discrete optimization, educational innovations. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, Nauki Ave, 14, phone + 3805770-21-326, e-mail: svetlana. chumachenko@nure.ua
